CN111123488B

CN111123488B - 一种投影镜头

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Publication number: CN111123488B
Application number: CN201811292745.4A
Authority: CN
Inventors: 欧阳巨星; 周巍衡
Original assignee: Beijing Ledu Exhibition Technology Development Co ltd
Current assignee: Beijing Ledu Exhibition Technology Development Co ltd
Priority date: 2018-11-01
Filing date: 2018-11-01
Publication date: 2024-07-16
Anticipated expiration: 2038-11-01
Also published as: CN111123488A

Abstract

本发明涉及一种投影镜头，沿其光轴方向从物端到成像面依次包括：第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、棱镜；所述第一透镜组具有负光焦度；所述第二透镜组具有正光焦度；所述第三透镜组具有正光焦度。本发明采用反摄远结构，使得镜头具有较大视场和较长的后焦。第一透镜组采用负光焦度能有效平衡轴外像差，光圈ST置于第二透镜组G2和第三透镜组G3之间，使得整体镜头结构相对于光圈ST对称，能较好校慧差、像散、垂轴色差、畸变等。第二透镜采用非球面设计，可大大改善镜头的平场性，有效提升镜头解析力，同时，只采用1片非球面，避免给装调增加难度。该棱镜的作用是对光线进行转折，方便光机系统布局。

Description

一种投影镜头

技术领域

本发明涉及投影技术领域，特别是涉及一种投影镜头。

背景技术

近年来阴极射像管投影装置(CRT)逐渐被液晶投影装置(LCD)、数字光源处理投影装置(DLP)等较轻薄短小的投影装置所取代。从CRT投影机时代开始，灯泡光源就是投影机的主力光源，虽然投影技术一直在改变，CRT逐渐升级为LCD以及DLP投影技术，但是光源的变化却并没有这么迅速。直到最近几年，激光光源等新光源逐渐成为主角。

然而，当前的投影机镜头受到可见光变化的影响较大，长焦镜头远距离成像减弱问题一直没有得到很好的解决，而短焦镜头高清画面成像效果较差。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术中的投影镜头进行改进，提供一种具有高分辨率、大位移、小畸变、无色差的投影镜头。

本发明采用如下技术方案实现上述发明目的：

一种投影镜头，沿其光轴方向从物端到成像面依次包括：第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、棱镜；

所述第一透镜组具有负光焦度；

所述第一透镜组所述第二透镜组沿其光轴方向从物端到成像面依次包括第一透镜和第二透镜，第一透镜为球面透镜，第二透镜为非球面透镜；

所述第一透镜包括朝向物端的第一透镜前表面和朝向成像面的第一透镜后表面；所述第二透镜包括朝向物端的第二透镜前表面和朝向成像面的第二透镜后表面；其中，所述第一透镜前表面和第二透镜前表面为凸面，第一透镜后表面和第二透镜后表面为凹面。

所述第二透镜组具有正光焦度；

所述第二透镜组沿其光轴方向从物端到成像面依次包括第三透镜和第四透镜；第三透镜为胶合透镜，第四透镜为单透镜；

第三透镜包括：朝向物端的第三透镜前表面，位于中部的第一胶合面，朝向成像面的第三透镜后表面；第四透镜包括：朝向物端的第四透镜前表面，朝向成像面的第四透镜后表面；其中，第三透镜前表面、第四透镜前表面和第四透镜后表面为凸面，第三透镜后表面为凹面。第三透镜前表面、第一胶合面、第三透镜后表面、第四透镜前表面和第四透镜后表面为球面。

所述第三透镜组具有正光焦度；

第三透镜组沿其光轴方向从物端到成像面依序包括光圈、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜；第五透镜和第六透镜为胶合透镜，第七透镜和第八透镜为单透镜；

第五透镜包括朝向物端的第五透镜前表面、位于中部的第二胶合面和朝向成像面的第五透镜后表面；第六透镜包括朝向物端的第六透镜前表面、位于中部的第三胶合面和朝向成像面的第六透镜后表面；第七透镜包括朝向物端的第七透镜前表面和朝向成像面的第七透镜后表面；第八透镜包括朝向物端的第八透镜前表面和朝向成像面的第八透镜后表面。其中，第五透镜前表面、第五透镜后表面、第六透镜后表面、第七透镜前表面、第七透镜后表面、第八透镜前表面和第八透镜后表为凸面；第六透镜前表面为凹面；第五透镜前表面、第二胶合面、第五透镜后表面、第六透镜前表面、第三胶合面、第六透镜后表面、第七透镜前表面、第七透镜后表面、第八透镜前表面和第八透镜后表面均为球面。

所述投影镜头满足以下条件式：

(1)16<TT/f<24，

(2)2<BFL/f，

其中，TT为投影镜头总长，f为投影镜头焦距，BFL为投影镜头后焦距，即从所述第三透镜组的最后一个透镜至成像面的距离。

满足上述条件的投影镜头，同时具有高分辨率、大位移、小畸变、无色差等特点。

进一步，所述投影镜头还满足以下条件式：

(3)-0.5<f1/f3<-0.8

其中，f1为所述第一透镜组的焦距，f3为所述第三透镜组的焦距。

条件式(3)可同时确保控制远心系统与满足广视角的要求。

进一步，所述投影镜头还满足以下条件式：

(4)1.5<f2/f3<2.5

其中，f2为所述第二透镜组的焦距。

条件式(4)确保了所述投影镜头保持负正正之光焦度分配，并使得第二透镜组G2与

第三透镜组G3所产生之像差能互相平衡。

本发明的投影镜头具有如下有益技术效果：

(1)本发明采用反摄远结构，使得镜头具有较大视场和较长的后焦。第一透镜组采用负光焦度能有效平衡轴外像差，光圈ST置于第二透镜组G2和第三透镜组G3之间，使得整体镜头结构相对于光圈ST对称，能较好校慧差、像散、垂轴色差、畸变等。

(2)第二透镜采用非球面设计，可大大改善镜头的平场性，有效提升镜头解析力，同时，只采用1片非球面，避免给装调增加难度。该棱镜的作用是对光线进行转折，方便光机系统布局。

名词解释：

光焦度(focal power)等于像方光束会聚度与物方光束会聚度之差，它表征光学系统偏折光线的能力，光焦度常用字母表示。光焦度表征光学系统对入射平行光束的屈折本领。的数值越大，平行光束折得越厉害；时，屈折是会聚性的；时，屈折是发散性的。时，对应于，即为平面折射。

胶合透镜(双胶透镜)是将透镜胶合在一起得到的透镜。这种用两个透镜形成的组合透镜是一种取得短焦长、大放大率和较好成像质量的有效方法。胶合透镜用于最大限度地减少色差或消除色差。与单片透镜相比，消色差透镜能够形成更小的光点。

单透镜是指仅由一块光学玻璃组成的透镜，包括平凸透镜，平凹透镜，双凸透镜，双凹透镜，新月透镜等。

棱镜是一种由两两相交但彼此均不平行的平面围成的透明物体，用以分光或使光束发生色散。棱镜是透明材料(如玻璃、水晶等)做成的多面体。

球面透镜是指从透镜的中心到边缘具有恒定的曲率。

非球面透镜则是从中心心到边缘之曲率连续发生变化。非球面透镜，曲率半径随着中心轴而变化，用以改进光学品质，减少光学元件，降低设计成本。

附图说明

图1系本发明较佳实施方式的投影镜头的结构示意图。

图2系本发明实施方式的投影镜头的场曲图。

图3系本发明实施方式的投影镜头的畸变图。

图4系本发明实施方式的投影镜头的色差图。

主要元件符号说明

第一透镜组	G1
		第一透镜	L1
第二透镜	L2
		第一透镜前表面	L1S1
第一透镜后表面	L1S2
		第二透镜前表面	L2S1
第二透镜后表面	L2S2
		第二透镜组	G2
第三透镜	L3
		第四透镜	L4
第三透镜前表面	L3S1
		第一胶合面	L3S2
第三透镜后表面	L3S3
		第四透镜前表面	L4S1
第四透镜后表面	L4S2
		第三透镜组	G3
光圈	ST
		第五透镜	L5
第六透镜	L6
		第七透镜	L7
第八透镜	L8
		第五透镜前表面	L5S1
第二胶合面	L5S2
		第五透镜后表面	L5S3
第六透镜前表面	L6S1
		第三胶合面	L6S2
第六透镜后表面	L6S3
		第七透镜前表面	L7S1
第七透镜后表面	L7S2
		第八透镜前表面	L7S1
第八透镜后表面	L8S2
		棱镜	G4
成像面	G5

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明的包装袋进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作 “直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

下面将结合附图，对本发明做进一步的详细说明。

请参阅图1，为本发明实施方式提供的一种投影镜头，沿其光轴方向从物端到成像面G5依序包括：一个具有负光焦度的第一透镜组G1、一个具有正光焦度的第二透镜组G2、一个具有正光焦度的第三透镜组G3及一棱镜G4。

在本实施方式中，该第一透镜组G1沿其光轴方向从物端到成像面依序包括第一透镜L1和第二透镜L2。该第一透镜L1包括一个第一透镜前表面L1S1和一个第一透镜后表面L1S2。该第二透镜L2包括一个第二透镜前表面L2S1和一个第二透镜后表面L2S2。其中，第一透镜前表面L1S1和第二透镜前表面L1S2 为凸面，第一透镜后表面L1S2和第二透镜后表面L2S2为凹面。第一透镜前表面L1S1和第一透镜后表面L1S2为球面。第二透镜前表面L1S2和第二透镜后表面L2S2为非球面。

在本实施方式中，该第二透镜组G2沿其光轴方向从物端到成像面依序包括第三透镜L3和第四透镜L4。该第三透镜L3为一胶合透镜，包括一个第三透镜前表面L3S1、一个第一胶合面L3S2和一个第三透镜后表面L3S3。该第四透镜 L4包括一个第四透镜前表面L4S1和一个第四透镜后表面L4S2。其中，第三透镜前表面L3S1、第四透镜前表面L4S1和第四透镜后表面L4S2为凸面，第三透镜后表面L3S2为凹面。第三透镜前表面L3S1、第一胶合面L3S2、第三透镜后表面L3S3、第四透镜前表面L4S1和第四透镜后表面L4S2均为球面。

在本实施方式中，该第三透镜组G3沿其光轴方向从物端到成像面依序包括光圈ST、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7和第八透镜L8。该第五透镜L5为胶合透镜，包括一个第五透镜前表面L5S1、一个第二胶合面L5S2和一个第五透镜后表面L5S3。该第六透镜L6为胶合透镜，包括一个第六透镜前表面L6S1、一个第三胶合面L6S2和一个第六透镜后表面L6S3。该第七透镜L7 包括一个第七透镜前表面L7S1和一个第七透镜后表面L7S2。该第八透镜L8包括一个第八透镜前表面L8S1和一个第八透镜后表面L8S2。其中，第五透镜前表面L5S1、第五透镜后表面L5S3、第六透镜后表面L6S3、第七透镜前表面L7S1、第七透镜后表面L7S2、第八透镜前表面L7S1和第八透镜后表面L8S2为凸面。第六透镜前表面L6S1为凹面。第五透镜前表面L5S1、第二胶合面L6S2、第五透镜后表面L5S3、第六透镜前表面L6S1、第三胶合面L6S2、第六透镜后表面 L6S3、第七透镜前表面L7S1、第七透镜后表面L7S2、第八透镜前表面L7S1和第八透镜后表面L8S2均为球面。

该棱镜G4的作用是对光线进行转折，方便光机系统布局。

本发明采用反摄远结构，使得镜头具有较大视场和较长的后焦。第一透镜组采用负光焦度能有效平衡轴外像差，光圈ST置于第二透镜组G2和第三透镜组G3之间，使得整体镜头结构相对于光圈23对称，能较好校慧差、像散、垂轴色差、畸变等。此外，第二透镜L2采用非球面设计，可大大改善镜头的平场性，有效提升镜头解析力，同时，只采用1片非球面，避免给装调增加难度。

所述投影镜头满足下列条件式：

(1)16<TT/f<24

(2)2<BFL/f

条件式(1)限制了所述投影镜头的整体长度，在负正正的光焦度搭配下，保证了镜头总长于像差之间的平衡；

条件式(2)确保了光机系统有足够空间可放置于第三透镜组G3于成像面 G5之间。

进一步，所述投影镜头还满足以下条件式：

(3)-0.5<f1/f3<-0.8

其中，f1位所述第一透镜组之焦距，f3位所述第三透镜组之焦距。

条件式(3)可同时确保控制远心系统与满足广视角之要求。

进一步，所述投影镜头还满足以下条件式：

(4)1.5<f2/f3<2.5

其中，f2位所述第二透镜组之焦距。

条件式(4)确保了所述投影镜头保持负正正之光焦度分配，并使得第二透镜组G2与第三透镜组G3所产生之像差能互相平衡。

本发明一实施方式所提供的投影镜头的各光学组件满足表1和表2的条件。其中，R为各透镜的光学表面的曲率半径、D为对应的光学表面到后一个光学表面的轴上距离、Nd为对应透镜对d光(波长为587nm)的折射率，Vd为d光在对应透镜的阿贝数；k代表非球面conic系数，A2代表二阶非球面系数，A4 代表四阶非球面系数，A6代表六阶非球面系数，A8代表八阶非球面系数。

表1

表面	面型	R	D	Nd	Vd
						L1S1	球面	5.08	0.53	1.80	46.57
L1S2	球面	2.22	0.86
						L2S1	非球面	3.04	0.35	1.59	29.91
L2S2	非球面	1.12	2.96
						L3S1	球面	19.08	0.74	1.60	38.01
L3S2	球面	-3.35	0.36	1.49	70.42
						L3S3	球面	3.35	0.51
L4S1	球面	4.75	0.70	1.74	49.24
						L4S2	球面	-7.27	3.04
Stop	平面	-	0.72
						L5S1	球面	15.21	0.23	1.90	31.32
L5S2	球面	2.04	0.56	1.49	70.42
						L5S3	球面	-2.92	0.02
L6S1	球面	-75.37	0.75	1.50	81.59
						L6S2	球面	-1.40	0.28	1.91	35.26
L6S3	球面	-14.09	0.03
						L7S1	球面	42.34	0.87	1.50	81.59
L7S2	球面	-2.09	0.02
						L8S1	球面	13.63	0.51	1.78	47.52
L8S2	球面	-5.64

表2

表面	K	A2	A4	A6	A8
						L2S1	-1.1	0	-9.14E-03	2.72E-05	1.30E-05
L2S2	-0.88	0	2.34E-02	-8.54E-03	1.58E-04

本实施方式的投影镜头的场曲、畸变、球差分别如图2到图4所示。

图2中，曲线T和S分别为子午场曲特性曲线和弧矢场曲特性曲线。

图3中，曲线为畸变特性曲线。

图4中，所述投影镜头分别为针对F线(波长为486nm)，d线(波长为 587nm)，C线(波长为656nm)而观察到的像差曲线。

本发明的投影镜头，通过上述四个公式的限制，使得所述投影镜头具有高分辨率、短焦距等特点，从而提高所述投影镜头的成像品质。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种投影镜头，其特征在于：沿其光轴方向从物端到成像面依次由以下组件构成：第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、棱镜；

所述第一透镜组具有负光焦度；所述第二透镜组具有正光焦度；所述第三透镜组具有正光焦度；

所述第一透镜组沿其光轴方向从物端到成像面依次由以下组件构成：第一透镜和第二透镜，第一透镜为球面透镜，第二透镜为非球面透镜；

所述第二透镜组沿其光轴方向从物端到成像面依次由以下组件构成：第三透镜和第四透镜；第三透镜为胶合透镜，第四透镜为单透镜；

所述第三透镜组沿其光轴方向从物端到成像面依序由以下组件构成：光圈、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜；第五透镜为胶合透镜，第六透镜为胶合透镜，第七透镜和第八透镜为单透镜；

其中，第一透镜、第二透镜具有负光焦度；

第四透镜、第七透镜和第八透镜具有正光焦度；

第三透镜为胶合透镜，依次分别具有正光焦度和负光焦度；

第五透镜为胶合透镜，依次分别具有负光焦度和正光焦度；

第六透镜为胶合透镜，依次分别具有正光焦度和负光焦度；

所述投影镜头满足以下条件式：(1)16<TT/f<24，(2)2<BFL/f；

其中，TT为投影镜头总长，f为投影镜头焦距，BFL为投影镜头后焦距，即从所述第三透镜组的最后一个透镜至成像面的距离；

所述投影镜头还满足以下条件式：(3)-0.5<f1/f3<-0.8；

其中，f1为所述第一透镜组的焦距，f3为所述第三透镜组的焦距；

所述投影镜头还满足以下条件式：(4)1.5<f2/f3<2.5；

其中，f2为所述第二透镜组的焦距。

2.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于：

所述第一透镜包括朝向物端的第一透镜前表面和朝向成像面的第一透镜后表面；

所述第二透镜包括朝向物端的第二透镜前表面和朝向成像面的第二透镜后表面；

其中，所述第一透镜前表面和第二透镜前表面为凸面，第一透镜后表面和第二透镜后表面为凹面。

3.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于：

所述第三透镜包括：朝向物端的第三透镜前表面，位于中部的第一胶合面，朝向成像面的第三透镜后表面；

所述第四透镜包括：朝向物端的第四透镜前表面，朝向成像面的第四透镜后表面；

其中，第三透镜前表面、第四透镜前表面和第四透镜后表面为凸面，第三透镜后表面为凹面；第三透镜前表面、第一胶合面、第三透镜后表面、第四透镜前表面和第四透镜后表面为球面。

4.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于：

第五透镜包括朝向物端的第五透镜前表面、位于中部的第二胶合面和朝向成像面的第五透镜后表面；

第六透镜包括朝向物端的第六透镜前表面、位于中部的第三胶合面和朝向成像面的第六透镜后表面；

第七透镜包括朝向物端的第七透镜前表面和朝向成像面的第七透镜后表面；

第八透镜包括朝向物端的第八透镜前表面和朝向成像面的第八透镜后表面；

其中，第五透镜前表面、第五透镜后表面、第六透镜后表面、第七透镜前表面、第七透镜后表面、第八透镜前表面和第八透镜后表为凸面；第六透镜前表面为凹面；第五透镜前表面、第二胶合面、第五透镜后表面、第六透镜前表面、第三胶合面、第六透镜后表面、第七透镜前表面、第七透镜后表面、第八透镜前表面和第八透镜后表面均为球面。